张 过 guozhang@whu.edu.cn zg@sasmac.cn 光学卫星标准产品生产与验证 张 过 guozhang@whu.edu.cn zg@sasmac.cn

SPOT影像产品分级体系 级 别 定 义 描 述 Level 1A Raw product 辐射校正后的产品 Level 1B 级 别 定 义 描 述 Level 1A Raw product 辐射校正后的产品 Level 1B System corrected product 影像内部几何变形纠正后的产品 Level 2A Projected product without ground reference points 在没有控制点情况下以一定分辨率投影在一定投影面下的产品 Level 2B Projected product with ground reference points 有控制点控制的情况下以一定分辨率投影在投影面下的产品 Level 3 Orthorectified products 在控制点纠正，精密DEM消除高程引起的投影差的情况下正射纠正的产品 2

SPOT系列产品示例

SPOT系列产品示例

SPOT系列产品示例

ALOS PRISM 影像产品分级体系 级 别 描 述 Level 0 星上直接下传的原始数据产品 Level 1 级 别 描 述 Level 0 星上直接下传的原始数据产品 Level 1 没有进行任何辐射处理和几何处理的分CCD条带存储的产品 Level 1B1 按照CCD条带分别进行辐射处理的分条带存储的产品 Level 1B2R 切割为14000行，影像区域上下不带黑边 无控制点情况下以一定分辨率投影在一定投影面下的产品 Level 1B 正常的无控制点纠正产品 6

IRS-P5 影像产品分级体系 级别 定义 描述 Level 1 Raw product 调整了奇偶像素位置和丢行处理后无任何辐射和几何处理产品（内部使用） Level 2 Radiometrically corrected 调整了奇偶像素位置和丢行处理后，进行了辐射校正处理的产品 Level3 Standard Georeferenced 无控制点系统几何纠正产品 Level 4 Orthokit products (mono/stereo) 辐射校正后带RPC产品 Level 5 Ortho product 正射纠正产品 Level 6 Area of Interest(AOI) products 根据用户需求，提取的区域产品 （无控制点系统几何纠正产品） 7

QuickBird和 WorldView影像产品分级体系 级别 精度 (CE90) 处理 备注 辐射和传感器校正 系统几何纠正 正射校正 Basic – 全球提供 Basic Stereo Pair Standard Ortho Ready Standard Ortho 1:50,000 全球提供,覆盖区域必须有精细DEM和控制点 Ortho 1:12,000 Ortho 1:5,000 Ortho 1:4,800 Custom Ortho 根据用户需求 8

IKONOS和GEOEYE产品分级体系 级别 精度 正射校正 CE90(m) RMSE (m) NMAS 平 面 GEO 15/5 8/3 否 Geo Professional 10 5 1:12000 是 Precision 4 2 1:2000 立 体 LE90(m) Geo Stereo 15/4 22/6 1:20000/1:5000 4/2 6/3 1:5000/1:2500 9

RapidEye几何分级是以产品的生产工序来定级的 级别 定义 描述 1B Basic Product 辐射校正和传感器校正后的产品 3A Ortho Product 正射纠正产品 10

资源卫星应用中心卫星影像产品分级体系 级别 产品名称 产品说明 0级 原始数据产品 分景后的卫星下传遥感数据 1级 辐射校正产品 经辐射校正，没有经过几何校正的产品数据 2级 系统几何纠正产品 经辐射校正和系统几何纠正，并将校正后的图像映射到指定的地图投影坐标下的产品数据 3级 几何精校正产品 经过辐射校正和几何校正，同时采用地面控制点改进产品的几何精度的产品数据 4级 高程校正产品 经过辐射校正、几何校正和几何精校正，同时采用数字高程模型（DEM）纠正了地势起伏造成的视差的产品数据 5级 标准镶嵌图像产品 无缝镶嵌图像产品 主要缺点在于针对高分影像的多CCD拼接仅仅在影像层次进行处理，没有进行辅助数据的处理，导致每个级别的产品没有几何模型，不支持进一步的精确处理。 11

现有国产卫星影像产品的存在的问题 传感器未进行内定标，没有精确的内方位元素，导致影像几何内精度低 CCD条带拼接处理仅考虑影像的拼接，没有考虑内方位元素的连续性 一景范围之内的TDI-CCD积分时间不连续，需要用户有较高的处理水平才能处理好 姿态不连续的影响，产品提供商没有处理好，就直接提供用户，需要用户有较高的处理水平 系统几何纠正产品不带成像几何模型信息，不便于进行地形信息改正等深加工处理

CCD条带 条带影像

ALOS卫星PRISM传感器CCD拼接误差分析 条带拼接分析 ALOS卫星PRISM传感器CCD拼接误差分析

TDI积分时间不连续 国产六号星积分时间数据：

ALOS卫星实测姿态 姿态颤振

ALOS-ROLL 2次 1次 6次 3次 9次 5次 8次 7次 4次

建立高精度的地面几何检校场，进行内检校处理 解决方案 问题 解决方案 内方位元素 建立高精度的地面几何检校场，进行内检校处理 内定标、条带拼接、 TDI-CCD积分时间不连续 建立虚拟CCD影像，形成传感器校正产品 姿态不连续 投影到平均高程面形成系统几何纠正产品 成像几何模型信息保持 RPC参数

传感器校正处理---传感器校正产品 解决： 条带拼接、 TDI-CCD积分时间不连续 Z1 X1 01 Y1 X Y 焦平面 卫星运动方向 01 Z1 X1 Y1 虚拟CCD 阵列 焦平面 X Y 解决： 条带拼接、 TDI-CCD积分时间不连续

虚拟CCD和实际安装CCD在焦面位置相对关系 D1 = D2 卫星运动方向 ALOS PRISM相机下视示意图 虚拟CCD和实际安装CCD在焦面位置相对关系

CCD拼接 SRTM地面

CCD条带 条带影像 22

传感器校正产品（严密几何模型），高程损失0. 7%像素 CCD拼接引起几何精度损失初步实验 实验数据 同名点数 平面坐标差值（米） 高程坐标差值（米） MAX RMS 武汉前、后视 33 0.008093 0.002674 0.01037 0.003985 兰州前、后视 15 0.00691 0.00268 0.01656 0.008992 传感器校正产品（严密几何模型），高程损失0. 7%像素

投影到平均高程面---系统几何纠正产品 系统几何纠正产品虚拟光线示意图 解决：姿态不连续

传感器校正产品与系统几何纠正产品RPC替代精度对比（像素） 影像产品 精度类型 X Y 平面 最大 中误差 ALOS前视传感器校正产品 检查点 -0.69215 0.21886 0.55595 0.18691 0.732 0.28781 控制点 -0.55684 0.21503 0.64515 0.18309 0.648 0.28242 ALOS前视系统几何纠正产品 0.01066 0.00108 -0.01199 0.00124 0.014 0.00164 0.00939 0.00103 -0.00997 0.0012 0.01 0.00158 ALOS后视传感器校正产品 -0.64914 0.15742 0.45146 0.1681 0.655 0.2303 -0.49803 0.15297 -0.5339 0.17194 0.559 0.23014 ALOS后视系统几何纠正产品 -0.02517 0.00303 0.01056 0.00094 0.026 0.00317 0.00897 0.00186 0.00907 0.00066 0.00197 传感器校正产品的RPC检查点平面中误差为0.288像素，远低于SPOT5等卫星RPC模型替代严密成像几何模型精度0.01像素； 系统几何纠正产品RPC模型替代三维几何模型精度检查点平面中误差为0.003个像素，替代精度优于5%个像元。 25

利用系统几何纠正产品提取高程精度损失分析 实验对象 同名点数 平面坐标差值（米） 高程坐标差值（米） MAX RMS 传感器校正产品RPC 33 0.90259 0.220435 1.466922 0.630927 系统几何纠正产品RPC 0.10162 0.023132 0.137937 0.030347 传感器校正产品（RPC） ，高程精度损失为8.80%像素 系统几何纠正产品（RPC），高程精度损失为0.92%像素 26

影像产品几何精度损失对比 传感器校正产品（严密几何模型），高程损失为0. 66%像素 传感器校正产品（RPC模型） ，高程损失为8.80%像素 系统几何纠正产品（RPC模型） ，高程损失为0.92%像素 建议： 姿态不连续，处理为系统几何纠正产品，提供用户 姿态连续 ，处理为传感器校正产品，提供用户，数据量小 27

影像产品几何模型重建 以系统几何纠正产品为例

高分光学卫星产品分级标准 29

分级体系与国外主流商业卫星对比关系 商业卫星 SPOT GeoEye DigitalGlobe ALOS PRISM IRS-P5 原始数据 Level 传感器校正 产品 Level1A * Basic和Basic Stereo Pair* Level 1B1* Level 4* 系统几何校 正产品 Level 2A GEO和GeoStereo* Ortho Ready Standard* Level 1B2 Level3 精纠正产品 Level 2B 平面无对应，立体中对应GeoStereo Precision 正射纠正产品 Level 3 GeoProfessional Precision Ortho Level 5

资源三号数据分析 CCD拼接 TDI CCD积分时间跳变 姿态抖动 多光谱波段配准

2019/4/22 CCD拼接 CCD影像拼接 品字形排列 资源三号正视相机CCD安装示意图 上下交错排列

TDI CCD积分时间跳变

姿态抖动 Roll角 Pitch角 4/22/2019 Yaw角

解决方案

传感器校正产品级别 内畸变 外畸变 镜头畸变 CCD安装畸变 TDI CCD积分时间跳变 轨道高频噪声 姿态震动 虚拟CCD重成像 精轨数据 改化姿态

实验内容 实验数据介绍 内方位元素对比实验 精密轨道与星上下传轨道对比实验 传感器校正产品与DOMDSM精度实验 系统几何纠正产品实验 核线产品实验 长条带区域网平差与控制点布设方案实验

实验数据介绍 其中登封地区的地面控制数据为检校场数据，该地区尽管有大量控制点，但这些控制点原本是针对0.2m的航空数据布设的，因此对于3.7米分辨率的资源三号前后视全色数据来说，大量控制点无法识别，可识别的控制点仅有36个，这些点控制点在影像范围内均匀分布。安平地区量测了574个地面控制点。安平地区为农田区域，缺少大量稳定地物作为控制点，所以一般选择道路交叉口。但外业测量员将其中很大一部分控制点布设到农田的角点处，这些控制点尽管在地面上是容易辨识，但在全色影像上却无法准确刺点。因为角点处的模糊现象会使得角点的位置不准确。在删除识别不准确的控制点后，剩余474个控制点

实验内容 实验数据介绍 内方位元素对比实验 精密轨道与星上下传轨道对比实验 传感器校正产品与DOMDSM精度实验 系统几何纠正产品实验 核线产品实验 长条带区域网平差与控制点布设方案实验

实验室内方位元素

在轨检校内方位元素

实验内容 实验数据介绍 内方位元素对比实验 精密轨道与星上下传轨道对比实验 传感器校正产品与DOMDSM精度实验 系统几何纠正产品实验 核线产品实验 长条带区域网平差与控制点布设方案实验

精密轨道与星上下传轨道

下传轨道与精密定轨对比 下传轨道 精密轨道 平面中误差为2.594米，高程中误差为1.555米 平面中误差为2.601米，高程中误差为1.548米

实验内容 实验数据介绍 内方位元素对比实验 精密轨道与星上下传轨道对比实验 传感器校正产品与DOMDSM精度实验 系统几何纠正产品实验 核线产品实验 长条带区域网平差与控制点布设方案实验

传感器校正产品 地区 影像 精度 类型 X Y 平面 最大值 中误差 安平 前视 控制点 1.63e-4 6.81e-5 4.10e-3 检查点 2.50e-4 7.12e-5 5.40e-3 1.55e-3 下视 -1.23e-3 4.62e-4 1.11e-3 2.82e-4 1.64e-3 5.41e-4 -8.91e-4 4.29e-4 8.95e-4 2.66e-4 1.25e-3 5.05e-4 后视 3.80e-4 1.60e-4 1.81e-3 5.08e-4 1.84e-3 5.33e-4 -5.56e-4 1.68e-4 2.44e-3 5.66e-4 2.50e-3 5.91e-4 登封 1.24e-3 -2.36e-3 8.99e-4 2.65e-3 1.04e-3 1.83e-3 5.59e-4 -3.08e-3 9.44e-4 3.57e-3 1.10e-3 -2.26e-4 8.09e-5 -5.55e-4 1.13e-4 5.86e-4 1.39e-4 -1.61e-4 7.42e-5 -4.40e-4 1.05e-4 4.58e-4 1.29e-4 -7.22e-4 3.12e-4 -1.44e-3 4.46e-4 1.61e-3 5.45e-4 1.07e-3 3.28e-4 -1.89e-3 4.79e-4 2.17e-3 5.80e-4

登封平差结果 无控平差 4角点布控平差 检查点平面中误差为10.10米，高程为1.88米 检查点中误差平面2.60米，高程为1.58米

安平平差结果 无控平差 4角点布控平差 平面精度为15.11米，高程精度为8.30米 平面中误差为1.78米，高程为1.46米

两线阵平差结果 登封地区 安平地区 平面上2.88米，高程1.66米 平面上为2.44米，高程上为1.60米

登封地区DSM和DOM

安平地区DSM和DOM

DSM和DOM精度 登封地区 安平地区 登封地区平面中误差为2.5米，高程中误差为2.5米 安平地区平面中误差为1.6米， 中误差为1.5米

实验内容 实验数据介绍 内方位元素对比实验 精密轨道与星上下传轨道对比实验 传感器校正产品与DOMDSM精度实验 系统几何纠正产品实验 核线产品实验 长条带区域网平差与控制点布设方案实验

系统几何纠正产品 登封地区 安平地区

系统几何纠正产品RPC模型 地区 影像 精度 类型 X Y 平面 最大值 中误差 安平 前视 控制点 检查点 下视 后视 登封 -1.73E-05 2.53E-06 1.44E-05 2.49E-06 1.73E-05 3.55E-06 检查点 -1.75E-05 2.54E-06 2.44E-06 1.75E-05 3.52E-06 下视 -8.38E-06 1.07E-06 8.01E-06 1.80E-06 9.01E-06 2.09E-06 -8.25E-06 8.09E-06 8.99E-06 后视 -2.33E-06 2.51E-07 8.65E-06 1.82E-06 -2.42E-06 8.36E-06 1.79E-06 1.81E-06 登封 2.32E-05 3.62E-06 -2.44E-05 4.03E-06 2.53E-05 5.42E-06 -1.87E-05 3.29E-06 -2.38E-05 3.79E-06 2.39E-05 5.02E-06 1.18E-05 2.17E-06 1.32E-05 2.43E-06 1.58E-05 3.26E-06 -1.01E-05 1.91E-06 -1.30E-05 2.30E-06 1.33E-05 2.99E-06 7.39E-06 9.68E-07 -1.03E-05 1.05E-05 2.03E-06 5.48E-06 8.50E-07 -1.07E-05 1.74E-06 1.07E-05 1.94E-06

SC与GEC对比

实验内容 实验数据介绍 内方位元素对比实验 精密轨道与星上下传轨道对比实验 传感器校正产品与DOMDSM精度实验 系统几何纠正产品实验 核线产品实验 长条带区域网平差与控制点布设方案实验

核线影像产品

核线产品模型精度 核线产品残余上下视差中误差为0.02像素 地区 影像 精度 类型 X Y 平面 最大值 中误差 安平 前视 控制点 检查点 1.49E-03 7.31E-05 5.07E-03 1.72E-05 5.29E-03 7.51E-05 检查点 2.13E-03 1.53E-04 1.34E-05 5.20E-07 后视 1.08E-03 7.06E-05 8.82E-04 3.88E-06 1.39E-03 7.07E-05 2.42E-03 1.56E-04 8.38E-03 3.35E-05 8.72E-03 1.59E-04 登封 -1.54E-03 2.80E-04 -7.28E-03 2.60E-05 7.32E-03 2.81E-04 -2.24E-03 2.77E-04 1.68E-03 7.15E-06 2.80E-03 1.37E-03 2.37E-04 7.24E-04 3.97E-06 1.55E-03 4.46E-03 2.36E-04 6.47E-03 2.47E-05 6.67E-03 核线产品残余上下视差中误差为0.02像素

核线产品精度 安平地区平差精度 登封地区平差精度 数据 控制点 检查点 定向精度 平面(m) 高程(m) (pixel) 数据 控制点 两视立体无控 — 11.945 5.840 0.185 两视立体8控控制 1.367 0.592 2.412 1.623 0.162 核线立体无控 2.437 1.584 0.156 核线立体8控控制 1.337 0.558 2.407 1.567 0.170 登封地区平差精度 数据 控制点 检查点 定向精度 平面(m) 高程(m) (pixel) 两视立体无控 — 11.073 1.727 0.207 两视立体8控控制 0.622 0.938 2.876 1.663 0.299 核线立体无控 2.892 1.692 0.276 核线立体8控控制 0.625 0.941 1.668 0. 300

实验内容 实验数据介绍 内方位元素对比实验 精密轨道与星上下传轨道对比实验 传感器校正产品与DOMDSM精度实验 系统几何纠正产品实验 核线产品实验 长条带区域网平差与控制点布设方案实验

试验区介绍

区域网平差 检查点中误差为3.083米，高程中误差为2.525米 平面中误差6.029米，高程为6.710米

381轨平差 无控平面中误差2.778米， 高程中误差8.577米 4角点布控，平面3.152米，高程1.920米

381轨平差 4角点布控，平面误差2.625米， 高程中误差为1.939米 18个控制点时，平面2.467米， 高程1.883米。